La evolución de los bloques funcionales en la automatización industrial
BLOQUES DE FUNCIONES
Descubra la historia y el legado de esta tecnología brasileña.
La empresa es una multinacional brasileña ubicada en una región del estado de São Paulo, pionera en tecnología e innovación. Es un centro de equipamiento para el sector bioenergético brasileño.
Historias que nunca se desvanecen. Difundidor de tecnologías abiertas para fabricantes de equipos de automatización de procesos industriales.
La evolución de los bloques de función en la automatización industrial: de la estructura configurable del Smar CD600 al estándar global abierto O-PAS
La historia de la automatización industrial está marcada por la continua transición de sistemas propietarios y rígidos a arquitecturas abiertas, modulares e interoperables. En el epicentro de esta evolución, la empresa brasileña Smar, fundada en 1974, desempeñó un papel fundamental en la introducción de conceptos que darían forma a los estándares internacionales de control de procesos. La trayectoria tecnológica de los Bloques de Función, desarrollados por Smar, comienza con el controlador multilazo CD600, se consolida mediante la arquitectura distribuida del System302 y culmina con una contribución sin precedentes a la industria global: la transferencia de su biblioteca de algoritmos para la composición del O-PAS (Estándar Abierto de Automatización de Procesos), bajo la égida de Open Group. Esta evolución refleja no solo el progreso de la informática aplicada al control, sino también un cambio de paradigma filosófico en la ingeniería, donde el valor del software se ve reforzado por su capacidad para ejecutarse en plataformas independientes del hardware.
La base tecnológica: el controlador digital multilazo CD600
La aparición del Smar CD600 en la década de 1980 representó un hito para el control de procesos en Brasil y a nivel mundial. En una época en la que la mayoría de los
controladores se dedicaban a un solo lazo de control, el CD600 introdujo la capacidad de procesar simultáneamente hasta cuatro lazos complejos con un solo hardware. La arquitectura de este equipo se basó en el innovador concepto de "bloques libres", una biblioteca de algoritmos preprogramados que podían interconectarse según las necesidades de la estrategia de control del usuario.
Arquitectura de software y el concepto de bloque libre
La programación del CD600 no requería conocimientos profundos de lenguajes de programación de bajo nivel. En su lugar, el usuario configuraba el controlador mediante una interfaz de bloques funcionales alojados en la memoria no volátil (NVRAM) del equipo. La programación consistía en cargar estos bloques en la memoria de trabajo, establecer vínculos entre ellos y ajustar los parámetros de caracterización para adaptarlos a aplicaciones específicas.
Cada bloque funcional del CD600 contaba con una función de control compuesta por operaciones matemáticas o lógicas que relacionaban sus entradas con sus salidas. Las entradas se identificaban con letras (A, B, C...) y las salidas con números, que funcionaban como direcciones de memoria únicas. El parámetro de enlace (L) era clave para la conectividad: al asignar un número de salida a un parámetro de enlace de entrada (como LIA, LIB o LIC), se creaba un enlace de datos virtual entre los bloques. Esta estructura lógica permitía la creación de estrategias de control altamente sofisticadas que anteriormente habrían requerido el cableado físico de múltiples instrumentos analógicos.
Aplicación versátil y control avanzado
El CD600 fue diseñado para reemplazar una amplia gama de instrumentos de panel, incluyendo controladores de lazo único, estaciones manuales, programadores de puntos de ajuste y computadores de flujo. Con más de 120 bloques de control disponibles, el dispositivo era capaz de ejecutar estrategias como:
- Control de nivel de caldera de tres elementos (agua, vapor y nivel);
- Control de combustión de límite cruzado;
- Control de columnas de destilación;
- Estrategias de control de proporción y de avance.
La interfaz con el entorno físico se realizaba mediante bloques de entrada y salida analógicos y digitales, conectados directamente a los terminales del bloque de terminales del controlador. Por ejemplo, el bloque de entrada analógica N.º 001 procesaba la señal procedente del terminal físico correspondiente, digitalizándola para su uso en la estrategia interna. Este modularidad permitía que una sola unidad sustituyera hasta ocho controladores tradicionales, reduciendo drásticamente el espacio en el panel y la complejidad del cableado.
Herramientas de configuración e interfaz
Para gestionar esta amplia biblioteca de bloques, Smar desarrolló software como CONF600 y, posteriormente,
CONF600Plus. Estas herramientas proporcionaban una interfaz gráfica que facilitaba la visualización de la estrategia de control, permitiendo el ajuste preciso de parámetros PID, constantes de tiempo y límites de alarma. Los ajustes también se podían realizar directamente desde el panel frontal del controlador, que contaba con una pantalla alfanumérica de 8 dígitos y una estación de alarma integrada, lo que garantizaba al operador un control total del proceso incluso sin la ayuda de un ordenador.
La transición a la automatización distribuida: el surgimiento de System302
Con la evolución de las tecnologías de comunicación y el fortalecimiento del protocolo Foundation Fieldbus en la década de 1990, Smar comenzó a migrar su experiencia en bloques de función a una arquitectura totalmente distribuida: el System302. Mientras que en el CD600 los bloques estaban centralizados en un único hardware, en el System302 el control pasó a residir en los propios dispositivos de campo, como transmisores y posicionadores.
Control de campo e interoperabilidad
El System302 se diseñó como un sistema de control de bus de campo donde las funciones de tiempo crítico se realizaban principalmente en dispositivos de campo. Este cambio de paradigma permitió distribuir las tareas de medición, control y actuación por toda la planta industrial, reduciendo la dependencia de controladores centrales y aumentando la robustez del sistema.
La interoperabilidad se convirtió en el pilar central de esta fase. Gracias al uso de la tecnología de Descripción de Dispositivos (DD), los dispositivos Smar pudieron comunicarse fluidamente con equipos de otros fabricantes en la misma red Fieldbus. La biblioteca de bloques de función se amplió y adaptó para cumplir con las especificaciones de Fieldbus Foundation, incluyendo bloques como Entrada Analógica (IA), PID y Salida Analógica (AO), que se sometieron a rigurosas pruebas de interoperabilidad.
Mejoras en la biblioteca de bloques de funciones
Smar no se limitó a seguir estándares básicos; desarrolló bloques "Avanzados" y "Mejorados" para cubrir las deficiencias funcionales identificadas en el campo. La evolución técnica de estos bloques en el System302 incluyó:
| Bloque de función | Mejoras y características adicionales |
| PID avanzado (APID) | Ganancia adaptativa, muestreo PI, banda muerta para error y algoritmos seleccionables (ISA o paralelo). |
| PID mejorado (EPID) | Transferencia sin interrupciones de manual a automático e inclusión de polarización. |
| Selector de señal de salida (OSDL) | Selector de señal de salida con limitador dinámico, diseñado para el control de combustión con doble limitador cruzado. |
| Caracterizador de señal (CHAR) | Capacidad de invertir los ejes “x” e “y”, facilitando la caracterización de variables que se leen de forma inversa. |
| Integrador (INTG) | Se utiliza para totalizar el caudal de líquido y la variación de masa en recipientes. |
Una característica innovadora introducida en System302 fue la instanciación y eliminación dinámica de bloques. A diferencia de los sistemas donde el número de bloques estaba determinado por hardware, el usuario de System302 podía definir cuáles y cuántos bloques se crearían en cada dispositivo al momento de la configuración, optimizando así el uso de memoria y la capacidad de procesamiento del instrumento.
La plataforma DFI302
El núcleo central del System302 era la interfaz de campo distribuida DFI302. Este dispositivo actuaba como maestro de red y controlador multifuncional, capaz de integrar protocolos como Foundation Fieldbus, Profibus, Modbus y HART. El DFI302 permitía configurar estrategias de control complejas mediante la interconexión de bloques de función de diferentes dispositivos en una única estrategia lógica, consolidando la visión "UNA PLANTA, UN SISTEMA".
El procesamiento matemático en estos bloques evolucionó para permitir cálculos de alta precisión. Por ejemplo, el bloque aritmético (ARTH) permitió la implementación de fórmulas de compensación de flujo mediante notación científica y operadores complejos:
Dónde:
- Q comp es el caudal compensado.
- K es la constante de proporcionalidad.
- DP es la presión diferencial medida.
- P es la presión absoluta.
- T es la temperatura absoluta.
Estas fórmulas se encapsularon en bloques de funciones fáciles de usar, abstrayendo la complejidad matemática para el ingeniero de automatización.
Expansión tecnológica: licencias y suministro a otros fabricantes
Un paso crucial en la trayectoria de Smar fue la transición de fabricante de hardware a proveedor de tecnología para el mercado global. Durante la consolidación de las redes System302 y Fieldbus, Smar comenzó a suministrar y licenciar su "Pila de Comunicación" (FBStack) y su biblioteca de bloques funcionales a otras empresas de automatización y proveedores de instrumentos.
Gracias a modelos de licencia flexibles, que abarcan desde el uso de bibliotecas de objetos hasta la adquisición de código fuente, los fabricantes de la competencia pudieron incorporar la tecnología probada de Smar a sus propios productos. Esto permitió que instrumentos de terceros ejecutaran de forma nativa los algoritmos de control y los protocolos de comunicación desarrollados en Brasil, garantizando así la agilidad en el desarrollo de nuevas soluciones y fortaleciendo el ecosistema de interoperabilidad. Este modelo de colaboración y apertura tecnológica fue el precursor directo de la cultura que llevaría a Smar a contribuir con su biblioteca a la fundación del estándar global O-PAS.
La era de la automatización abierta: contribución al O-PAS
La evolución culminó con un hito histórico en la década de 2020: la integración de la tecnología Smar en el O-PAS (Estándar Abierto de Automatización de Procesos). O-PAS es un estándar desarrollado por el Foro Abierto de Automatización de Procesos (OPAF), cuyo objetivo es crear una arquitectura de referencia abierta, segura e interoperable, que permita la colaboración nativa de componentes de diferentes proveedores.
El papel de Smar en el establecimiento del estándar
Smar ha participado activamente en las actividades de definición y validación de O-PAS desde el principio. En un gesto de cooperación técnica sin precedentes, la empresa aportó su probada biblioteca de bloques funcionales para el desarrollo de la nueva tecnología, que sirve de base para los bloques estándar del estándar O-PAS.
Esta concesión significa que los algoritmos de control, perfeccionados durante décadas desde el CD600 y el System302, se han convertido en la base de la interoperabilidad global entre controladores de diferentes fabricantes. El estándar O-PAS utiliza el modelo de información de bloques de función de Smar para garantizar que una estrategia de control desarrollada en un sistema sea perfectamente transferible a otro, sin necesidad de reingeniería.
Arquitectura O-PAS y el nodo de control distribuido (DCN)
La arquitectura O-PAS introdujo el concepto de Nodo de Control Distribuido (DCN), que actúa como unidad básica de control y E/S. El DCN se encarga de adquirir las entradas del proceso, ejecutar el control regulatorio mediante bloques de función y comunicarse mediante protocolos abiertos como OPC UA.
En opinión de Smar, la arquitectura System302, basada en DFI302, ya era totalmente compatible con los conceptos propuestos por O-PAS. La transición implicó desacoplar el hardware y el software de control, lo que permitió que la lógica de los bloques de función se ejecutara en contenedores (como Docker) en sistemas operativos estándar, como Linux.
La línea NOVA O-PAS
Para materializar esta nueva realidad, Nova Smar lanzó la línea NOVA, diseñada específicamente según los principios O-PAS. Esta línea de la marca Smar incluye:
- NOVA DCN: Una solución de hardware de alto rendimiento equipada con procesadores Intel Atom® x6200FE, que actúa como un nodo de control distribuido y puerta de enlace para redes heredadas como Foundation Fieldbus, HART y Profibus;
- NOVA ENGINE: El software de ejecución de bloques de funciones que le permite ejecutar estrategias de control en plataformas virtuales o hardware de terceros;
- NOVA FB: La biblioteca de bloques de funciones estandarizados, heredada de más de 40 años de uso en el campo, ahora es compatible con los modelos de información O-PAS;
- NOVA CSB: una herramienta de configuración basada en web que utiliza archivos AutomationML (AML) para describir la topología de la planta y la lógica de control, lo que garantiza la portabilidad total de la aplicación.
Detalles técnicos de la biblioteca de bloques O-PAS (SmarFB)
La biblioteca de bloques de función proporcionada por Smar e integrada en O-PAS, conocida comercialmente como SmarFB, se clasifica según su función dentro de la estrategia de control. Cada bloque cuenta con una estructura de datos estandarizada que incluye valores de proceso, estado, parámetros de configuración y límites.
Bloques de entrada y salida
Los bloques de interfaz de proceso son fundamentales para la digitalización de señales analógicas y la gestión de estados discretos. La conformidad con O-PAS garantiza que estos bloques mantengan el mismo comportamiento independientemente del hardware en el que se ejecuten.
Categoría | Bloques incluidos | Función principal |
Prohibido | IA, DI, PI, MAI, MDI | Procesamiento de señales analógicas, discretas y de pulsos. |
Salida | AO, DO, MAO, MDO | Rendimiento en elementos de control final analógicos y discretos. |
Bloques de control y cálculo
Esta categoría contiene la "inteligencia" del sistema. El bloque PID, por ejemplo, sigue el modelo de información definido en O-PAS Parte 6.4, incluyendo parámetros críticos como el error de corriente, las unidades de ingeniería y los límites de rango.
La flexibilidad de estos bloques permite la implementación de control en cascada con sincronización automática entre los bloques maestro y esclavo. Cuando un bloque PID envía una señal a un bloque AO, se realiza un protocolo de enlace digital:
- El bloque AO informa su estado a través del parámetro BKCAL_OUT;
- El bloque PID recibe esta información en el parámetro BKCAL_IN;
- Esto garantiza que, si el dispositivo de salida está en modo manual, el bloque de control deja de acumular errores integrales (evitando el reinicio) y mantiene una transición suave al modo automático.
Bloques de transductores y recursos
Para la gestión completa del ciclo de vida de los activos industriales, Smar ha incorporado bloques de diagnóstico y configuración de hardware. El Bloque de Recursos (RS) describe las características específicas del dispositivo físico, mientras que el Bloque Transductor (TRD) gestiona la interfaz con sensores de presión, temperatura o posicionadores de válvulas. El Transductor de Diagnóstico (DIAG) proporciona diagnósticos avanzados, que monitorizan el tiempo de ejecución del bloque y la integridad del enlace de red.
Implicaciones estratégicas y atributos de calidad
La adopción de la tecnología de bloques funcionales de Smar por el estándar O-PAS se basó en 23 atributos de calidad esenciales para la automatización moderna. Estos atributos definen el valor añadido de un sistema abierto en comparación con las soluciones propietarias del pasado.
Interoperabilidad e intercambiabilidad
La interoperabilidad es la capacidad de dos o más sistemas para intercambiar información y utilizar los datos intercambiados. En el contexto de los bloques de función, esto significa que un bloque PID de un fabricante puede recibir el valor de una variable de proceso de un bloque AI de otro fabricante a través de la red OCF (O-PAS Connectivity Framework), utilizando el protocolo OPC UA como portadora.
La intercambiabilidad va un paso más allá: es la capacidad de reemplazar un componente de hardware por uno equivalente de otro proveedor sin necesidad de modificar la estrategia de control. Esto protege la inversión del usuario final contra la obsolescencia forzada y permite seleccionar los mejores componentes de cada categoría para conformar la solución final.
Portabilidad y modularidad
Uno de los mayores desafíos que se resolvió al estandarizar los bloques de función de Smar en O-PAS fue la portabilidad de la configuración. Mediante el uso de lenguajes neutrales como AutomationML (IEC 62714), las estrategias de control pueden exportarse desde una herramienta de ingeniería e importarse a otra.
El modularidad garantiza que los cambios en un componente del sistema tengan un impacto mínimo en los demás. Gracias a la estructura de bloques de función, es posible actualizar el algoritmo de control de un bucle específico sin afectar el procesamiento de otros bucles que se ejecutan en la misma red de control de red (DCN).
Ciberseguridad y sostenibilidad
En un mundo donde la conectividad es omnipresente, la ciberseguridad (seguridad) se ha vuelto obligatoria. El estándar O-PAS incorpora la norma IEC 62443 para guiar el funcionamiento seguro de los sistemas de automatización. Los bloques de función operan en este entorno seguro, donde el acceso a los datos se autentica y las comunicaciones se cifran mediante OPC UA.
Desde una perspectiva de sostenibilidad, el modelo de inversión en capital (CapEx) de O-PAS, adoptado por Smar, propone una menor inversión inicial con mejoras incrementales frecuentes. A diferencia de los sistemas tradicionales que requieren paradas prolongadas para actualizaciones completas («desmontaje y reemplazo»), el sistema basado en O-PAS permite mejoras continuas sin interrupciones significativas del proceso.
Del campo a la nube: la nueva frontera de la automatización
El camino de los bloques funcionales de Smar no termina con la estandarización. Se expande hacia las nuevas fronteras de la Industria 4.0 y el Internet Industrial de las Cosas (IIoT).
Virtualización y computación de borde
Con la línea NOVA de Smar, los bloques de función ya no dependen del hardware propietario. Gracias al concepto de "bloques flexibles", los usuarios pueden descargar aplicaciones de control personalizadas para los controladores Smar, de forma similar a como se descargan aplicaciones en smartphones. Estos bloques pueden ejecutarse en servidores locales (locales) o incluso en la nube, lo que permite la monitorización y gestión remota de activos distribuidos globalmente.
La tecnología Ethernet-APL (Capa Física Avanzada) complementa esta evolución, llevando la alta velocidad de Ethernet directamente a los dispositivos de campo en áreas clasificadas. Esto elimina los cuellos de botella en la comunicación que limitaban la complejidad de las estrategias de bloques de función en el pasado, permitiendo la transmisión masiva de datos de diagnóstico y variables de proceso en tiempo real.
Educación y Difusión Tecnológica
Reconociendo que la transición a sistemas abiertos requiere una nueva mentalidad técnica, Smar invirtió en el desarrollo del primer kit educativo portátil O-PAS del mundo. Este kit permite a ingenieros y académicos capacitarse con las herramientas reales del futuro (DCN, gateways y bibliotecas SmarFB), facilitando una comprensión práctica de la interoperabilidad y la configuración basada en bloques de funciones.
Además, el Centro de Operaciones Integradas O-PAS de Smar sirve como un "laboratorio viviente" donde los usuarios pueden probar escenarios de integración entre sistemas heredados y nuevas tecnologías abiertas, garantizando una migración segura y eficiente a estándares futuros.
Conclusiones sobre la trayectoria de la tecnología de bloques
Un análisis de la evolución tecnológica de Smar revela un patrón consistente de innovación que prioriza la funcionalidad sobre la rigidez del hardware. El controlador CD600 sentó las bases lógicas con sus "bloques libres", demostrando que la complejidad industrial podía controlarse mediante el modularidad del software. El System302 amplió esta lógica al campo, demostrando las ventajas de la distribución y la interoperabilidad de red.
La culminación de este proceso en O-PAS es quizás el evento más transformador en la automatización industrial contemporánea. Al aportar su biblioteca de bloques de función, Smar no solo contribuyó a la creación de un estándar global, sino que también redefinió su rol en el mercado: de fabricante de controladores a proveedor de tecnología de control universal.
Los bloques de función, ahora estandarizados en el estándar O-PAS, son el resultado de cuatro décadas de experiencia de campo, millones de horas de operación y el perfeccionamiento continuo de algoritmos para las condiciones de proceso más severas. Representan la garantía de que el conocimiento acumulado en la ingeniería de control brasileña beneficia ahora a toda la industria global, respaldando una visión de automatización abierta, segura y sin fronteras.
ADRIANO MARCELO CORTEZE
NOVA SMAR S/A
23/ENE/2026
Link
SmarFB - Biblioteca de bloques de funciones - SMAR Technology Company
Soluciones confiables
